Sensitive short-wavelength infrared photodetection with a quinoidal ultralow band-gap n-type organic semiconductor

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作者
Mingqun Yang,Bingyan Yin,Gangjian Hu,Yunhao Cao,Shuo Lu,Yihui Chen,Yiyu He,Xiye Yang,Bo Huang,Junyu Li,Baoqi Wu,Shuting Pang,Liang Shen,Yong Liang,Hongbin Wu,Linfeng Lan,Gang Yu,Fei Huang,Yong Cao,Chunhui Duan
出处
期刊:Chem [Elsevier BV]
卷期号:10 (5): 1425-1444 被引量:114
标识
DOI:10.1016/j.chempr.2024.01.002
摘要

It is fundamentally challenging to achieve high responsivity and detectivity for organic photodetectors (OPDs) in the short-wavelength infrared (SWIR) region due to the challenges in designing ultralow band-gap organic semiconductors with a low energetic disorder and trap density. Herein, we report a quinoidal, ultralow band-gap, n-type small molecule with an absorption onset of up to 1,243 nm. The quinoidal central core contributes to reduced thermally generated carriers via decreasing energetic disorder and trap density. As a result, the self-powered OPD exhibited a detectivity of over 1012 Jones in 400–1,200 nm. Particularly, at 1,100 nm, the detection limit of commercial silicon photodetectors, an external quantum efficiency of 18.9% and a detectivity of 3.81 × 1012 Jones are achieved under zero bias, which renders the device the best self-powered OPD in photovoltaic mode below the silicon band gap to date. This work opens an avenue to develop sensitive SWIR photodetection technology based on organic semiconductors.
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